DE60111505T2

DE60111505T2 - Thermoplastische harzzusammensetzungen fuers laserschweissen und daraus geformte artikel

Info

Publication number: DE60111505T2
Application number: DE60111505T
Authority: DE
Inventors: Reiko Koshida; Yoshiteru Hatase
Original assignee: Orient Chemical Industries Ltd; EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Orient Chemical Industries Ltd; EIDP Inc
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2021-02-10
Also published as: JP4249418B2; DE60111505D1; CN1418237A; KR20020081318A; JP2003522269A; KR100723559B1; CA2397977A1; CN100369962C; ATE297960T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft thermoplastische Harzzusammensetzungen, in die organische Farbstoffe eingearbeitet sind. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung solche Zusammensetzungen, wie sie zum Laserschweißen von Artikeln verwendet werden und worin der Farbstoff ein Metallkomplexazofarbstoff ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Auf dem Fachgebiet ist bekannt, dass sich Artikel aus zwei Harzen (das eine farbig und lichtundurchlässig und das andere farbig und transparent) unter Einsatz von Energie mit Laserstrahlen zusammengefügt werden können. Dieses wird erreicht, indem die Artikel miteinander in Kontakt gebracht werden und ein vorbestimmter Betrag von Laserstrahlenergie, die auf den Kontaktbereich fokussiert ist, durchgelassen wird, wodurch bewirkt wird, dass der Fügebereich geschmolzen und zusammengefügt wird (allgemein bekannt als "Laserschweißen"). Aus dem Laserschweißen ergeben sich mehrere Vorteile. Beispielsweise findet das Laserschweißen weit verbreitete Anerkennung als ein einfaches, arbeitssparendes Verfahren mit den dazugehörenden Verbesserungen hinsichtlich der Produktivität und Einsparungen an Produktionskosten. Diese Technik ist in zahlreichen Anwendungen anwendbar, einschließlich bei der Herstellung von Formartikeln, die bei Anwendungen in der Automobiltechnik geeignet sind.
Neuerdings hat sich die Aufmerksamkeit auf Laserschweißen unter Verwendung von Blends aus thermoplastischen Harzen und Farbmitteln gerichtet. Die Farbmittel enthalten im typischen Fall einen organischen Farbstoff oder Pigment, um die Umwandlung der Laserenergie in Wärme zu steuern. In einer konventionellen Anordnung durchdringt der Laserstrahl einen transparenten farbigen Artikel, der in unmittelbarer Nähe zur Laserstrahlquelle angeordnet ist, und wird anschließend zum großen Teil in dem lichtundurchlässigen farbigen Artikel absorbiert. Der letztere Artikel hat einen relativ hohen Absorptionskoeffizienten im Vergleich zu dem transparenten Artikel, was auf die Verwendung einer entsprechenden Menge an Farbmitteln zurückzuführen ist. Der Nettoeffekt besteht darin, dass die Kontaktfläche der transparenten und lichtundurchlässigen Artikel geschmolzen ist und die Oberfläche dadurch zusammengefügt wird. Siehe hierzu beispielsweise die Japanische Offenlegungsschrift (Koukoku) Nr. 62-49850, die Japanische Offenlegungsschrift (Koukoku) Nr. 5(93)-42336.
Eine andere Harzzusammensetzung ist in Verbindung mit dem Laserschweißen in der US-P-5 893 959 beschrieben worden, worin transparente und lichtundurchlässige Werkstücke offenbart wurden, die mit Hilfe von Laserstrahlen entlang einer Fügezone miteinander verschweißt wurden. Beide Teile enthalten schwarze Farbstoffpigmente, wie beispielsweise Kohleschwarz, um zu bewirken, dass sie selbst nach dem Schweißen noch einen weitgehend homogenen visuellen Eindruck liefern.
Eine Schwierigkeit in Verbindung mit konventionellen Zusammensetzungen, die beim Laserschweißen zur Anwendung gelangen, besteht darin, dass, wenn ein Laserstrahl durch einen ersten Artikel (der Farbmittel aufweist, die den Laserstrahl durchlassen) zu einem zweiten Artikel (der Farbmittel enthält, die Laserstrahlen absorbieren) durchgelassen wird, die zwei Artikel unterschiedliche Transmissions- und Absorptionskoeffizienten haben müssen. Dadurch wird es bedauerlicherweise schwierig, Artikel zusammenzuschweißen, die die gleiche Farbe haben. Außerdem können thermoplastische Komponenten durch den Zusatz von Kohleschwarz oder Anilinschwarz geschwärzt werden, was üblicherweise beispielsweise bei Anwendungen in der Automobilindustrie vorgenommen wird. Allerdings können Kohleschwarz und Anilinschwarz einen Laserstrahl mit einer Hauptwellenlänge (1.200 bis bis 800 nm), wie beispielsweise Nd:YAG-Laser und ein Diodenlaser einen Laserstrahl nicht durchlassen.
Überraschend ist jetzt festgestellt worden, dass unter Einbeziehung eines speziellen prozentualen Gewichtsanteils von 1:2-Metallkomplexazofarbstoff in thermoplastische Harzzusammensetzungen, wie beispielsweise Polyamidharzzusammensetzungen, die bei mit Laser schweißbaren Formartikeln zum Einsatz gelangen, sowohl transparente als auch lichtundurchlässige Artikel für das Laserschweißen resultieren, die die gleiche schwarze Farbe haben. Dieses ermöglicht einen wesentlich verbesserten Transmissionskoeffizienten für das Nahinfrarotspektrum des Laserstrahls mit hervorragender und ausgewogener Wärmebeständigkeit und mechanischen Eigenschaften, wie sie bei Anwendungen in der Automobilindustrie gefordert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Hierin wird die Verwendung verbesserter Zusammensetzungen offenbart, die zum Laserschweißen geeignet sind und ein thermoplastisches Harz und einen Metallkomplexazofarbstoff vom 1:2-Typ aufweisen.
Darüber hinaus werden hierin thermoplastische Harzzusammensetzungen zum Laserschweißen offenbart, welche aufweisen:

1) mindestens ein thermoplastisches Harz und
2) ein schwarzes Farbmittel mit mindestens einem der Metallkomplexazofarbstoffe der folgenden Formeln: die Formel (I):
worin R³⁹, R⁴¹, die gleich oder verschieden sein können, Cl sind,
oder SO₂R⁴³, R⁴⁴, R⁴⁵, die gleich oder verschieden sein können, sind unabhängig ein Wasserstoffatom, ein lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl, R⁴³ ist lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl, R⁴⁰, R⁴², die gleich oder verschieden sein können, sind Wasserstoff, eine lineare oder verzweigte C₁-C₁₈-Alkyl-Gruppe, eine lineare oder verzweigte C₂-C₁₈-Alkenyl-Gruppe, Sulfonamid-Gruppe, Carboxyl-Gruppe, Mesyl-Gruppe, Hydroxyl-Gruppe, C₁-C₁₈-Alkoxy-Gruppe, Acetylamino-Gruppe, Benzoylamino-Gruppe, ein Halogenatom oder -CONH-R⁴⁶, R⁴⁶ ist eine funktionelle Gruppe, die ausgewählt ist aus unsubstituiertem oder substituiertem linearem oder verzweigtem C₁-C₁₈-Alkyl oder einer unsubstituierten, substituierten C₆-C₁₈-Aryl-Gruppe, L₁ und L₂ sind unabhängig O oder COO, (E)⁺ sind H⁺, Kation eines Alkalimetalls, Ammonium-Ion, Kationen von organischem Amin, einschließend aliphatische primäre, sekundäre und ternäre Amine, quaternäres Ammonium-Ion, K³ ist eine ganze Zahl, m³ ist Null, 1 oder 2; M¹ ist ein Vertreter der Metalle, vorzugsweise Metalle mit Koordinationszahlen von 2 bis 4 und mehr bevorzugt dreiwertiges Metall, wie beispielsweise Cr, Fe, Cu; die Formel (II):
worin R³⁰ und R³¹, die gleich oder verschieden sein können, Cl sind,
SO₂R³² oder H, R³³, R³⁴, die gleich oder verschieden sein können, sind unabhängig ein Wasserstoffatom, lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl, R³² ist lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl, L₃ und L₄ sind unabhängig O oder COO, (D)⁺ ist ein Wasserstoff Ion, ein Kation von Alkalimetallen, Ammonium-Ion, Kationen von organischem Amin, einschließend aliphatische primäre, sekundäre und ternäre Amine, quaternäres Ammonium-Ion, K² ist eine ganze Zahl, m² ist Null, 1 oder 2, M² steht für Metalle der Koordinationszahlen von 2 bis 4, wie beispielsweise Zn, Sr, Cr, Al, Ti, Fe, Zr, Ni, Co, Mn, B, Si und Sn, vorzugsweise ein Metall der Koordinationszahl 3, wie beispielsweise Cr, Co, Cu, Ni, Al, B ist dargestellt durch die Formel (III):
worin R³⁵ und R³⁷, die gleich oder verschieden sein können, Cl sind,
SO₂R³² oder H, R³³ und R³⁴, die gleich oder verschieden sein können, sind unabhängig ein Wasserstoffatom, lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl und R³⁶ und R³⁸, die gleich oder verschieden sein können, sind unabhängig ein Wasserstoffatom, lineares oder verzweigtes C₁-C₁₈-Alkyl, Carboxyl, Hydroxyl, C₁-C₁₈-Alkoxy, Amino oder Halogenatome.

Dieser Farbstoff kann vorzugsweise ausgewählt sein aus jedem beliebigen der Formel (1):
worin R eine Restgruppe eines Kupplungsmittels ist, M ist ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metall und A ist Wasserstoff, aliphatisches Amin mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen oder Alkylenoxid-addiertes Amin;
oder Formel (2)
Andere Aspekte der Erfindung richten sich nicht nur auf die Verbesserung der Laserschweißbarkeit, wie sie dieses die hierin beschriebenen und beanspruchten Harzzusammensetzungen haben, sondern auf daraus erzeugte Artikel. Dieses schließt Formartikel ein, die aus diskreten Querschnitten geformt sind und anschließend mit dem Laserstrahl verschweißt werden. Die Erfindung richtet sich ferner auf das Verfahren zum eigentlichen Schweißen dieser Artikel.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird unter Bezugnahme der Zeichnungen hierin leichter verständlich.
1 ist eine Ansicht von Artikeln, die sich in den Farben unterscheiden und in Kontakt miteinander und mit Hilfe eines darauf aufgebrachten Laserstrahls durch Laserschweißen verschweißt werden sollen; und
2 ist eine Ansicht von Artikeln identischer Farben, die in Kontakt miteinander und mit Hilfe eines darauf aufgebrachten Laserstrahls durch Laserschweißen verschweißt werden sollen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die als die Formharze zum Laserschweißen zur Anwendung gelangenden Harze können aus jedem beliebigen Harz sein, so lange es sich um thermoplastische Harze handelt, wobei jedoch vom Standpunkt der Wärmebeständigkeit und der Transmissionseigenschaft Polyamidharze und Polyesterharze bevorzugt sind.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Polyamide schließen nicht nur die konventionellen Nylon-Materialien ein, sondern auch Copolymere von Amiden und/oder anderen Monomeren und Blends verschiedener Polyamide. In die Blends können andere thermoplastische Polymere und/oder Blends von den vorgenannten Copolymeren mit einem Polyamid und/oder Blends verschiedener Copolymere mit oder ohne thermoplastische Polymere einbezogen sein. Beispiele für Polyamide, die für die Praxis der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind Polyamid 6 oder 6/6, bei denen der Zusatz von Azometallkomplexfarbstoffen die deutliche und überraschende Verbesserung der Laserschweißbarkeit veranschaulicht, ohne andere wichtige Eigenschaften der Formartikel einzubüßen. Besonders vorteilhaft ist Polyamid 6, was auf seine geringe Kristallisationsgeschwindigkeit zurückzuführen ist, die zu einem erhöhten Transmissionskoeffizienten für Laserstrahl mit speziellen Wellenlängen resultiert ohne irgendwelche nachteilige Auswirkung auf die erforderliche Schlagzähigkeit und konkave oder konvexe Verformung. Außerdem ist es bei Anwendungen mit seinem ausgewogenen Bereich von Wärmebeständigkeit und mechanischen Eigenschaften von Vorteil, wie beispielsweise bei Automobilteilen.
Ein großer Bereich der auf dem Fachgebiet bekannten häufigsten Polyester-Formmassen ist zum Compoundieren mit Farbmitteln in der Praxis der vorliegenden Erfindung bekannt und schließt ein: Polyethylenterephthalat-Homopolymere, Polyeuylenterephthalat-Homopolymere, Polyethylenterephthalat/Polybutylenterephthalat-Copolymere, Polyethylenterephthalat/Polybuylenterephthalat-Mischungen und Mischungen davon, obgleich genau so gut andere Polyester allein, in Kombination mit jedem anderen oder in Kombination mit den vorstehend aufgeführten Polyestern zur Anwendung gelangen können.
Azometallkomplexfarbstoffe, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind variieren stark und schließen jeden beliebigen Azometallkomplex ein. Der hierin verwendete Begriff "Azometallkomplexfarbstoffe" bezeichnet Metall-Azokomplexfarbstoffe vom Typ 1:2, veranschaulichend für derartige verwendbare Farbstoffe sind Azometallkomplexfarbstoffe, wie sie vorstehend gekennzeichnet wurden. Andere verwendbare Azometallkomplexfarbstoffe sind solche, wie sie detailliert in der US-P-4 527 994 beschrieben wurden, die hiermit als Fundstelle einbezogen ist.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Azometallkomplexfarbstoffe zur Verwendung in der Erfindung solche, die jeweils die Formel (2) wie vorstehend oder die Formel (3) wie vorstehend haben. Darüber hinaus ist der Azometallkomplexfarbstoff vorzugsweise in einer Menge von 0,01% bis 1 Gew.% vorhanden, wenn die Zusammensetzung Polyamid 6 oder Polyamid 66 als mindestens die Hauptkomponente der Polyamidharzzusammensetzung aufweist.
Azometallfarbstoffe mit anderen Farben als schwarz und/oder anderen Farbstoffen mit anderen Farben als schwarz, wie beispielsweise Anthrachinon, Perinon oder Chinophthalon-Farbstoffe, können der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung für die Aufgaben der Anpassung des Aussehens ebenfalls unter der Voraussetzung zugesetzt werden, dass diese zusätzlichen Farbstoffe in solchen Mengen verwendet werden, dass sie die charakteristischen Eigenschaften der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig beeinflussen.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann auch einen anorganischen Füllstoff oder ein Verstärkungsmittel enthalten. Diese schließen beispielsweise Faserstoffverstärkungen ein, wie beispielsweise Glasfiber, Glasflocken, Carbonfaser, Glaskügelchen, Talkum, Kaolin, Wollastonit und Glimmer. Besonders bevorzugt sind Glasfiber oder Glasflocken. Glasfiber, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind solche, wie sie allgemein als Verstärkungsmittel für thermoplastische Harze und warmhärtende Harze verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können in die Zusammensetzung eine oder mehrere wahlweise Verbindungen einbezogen werden, die auf die verschiedenen Anwendungen der Harzzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zugeschnitten sind. Im typischen Fall können in die zusätzlichen Verbindungen Flammhemmmittel einbezogen werden, schlagzähmachende Zusatzstoffe, Viskositätsverbesserer, Mittel zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit, Gleitmittel, Antioxidantien und UV- und andere Stabilisiermittel. Die Polyamidharzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann derartige zusätzliche Verbindungen in solchen Mengen aufweisen, dass sie ihre charakteristischen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflussen.
1 veranschaulicht am Besten die Probleme in Verbindung mit konventionellen Zusammensetzungen, wie sie beim Laserschweißen verwendet werden. Der Laserstrahl 1 wird aufgebracht und die Energie durch den ersten Artikel 2 zu dem zweiten Artikel 3 (der die Farbmittel enthält, die den Laserstrahl absorbieren) durchgelassen. Die Oberfläche 4 des zweiten Artikels 3, welche die Laserenergie absorbiert hat, wird dadurch schmelzflüssig und mit der Oberfläche des ersten Artikels 2 zusammengedrückt. Damit sich allerdings diese Schweißung bilden kann, müssen die zwei thermoplastischen Artikel 2 und 3 über unterschiedliche Transmissions- und Absorptionskoeffizienten verfügen.
Im Gegensatz dazu macht es die erfindungsgemäße Methode, die in 2 veranschaulicht wird, möglich, dass beide Artikel 5 und 6 in der Farbe identisch sein können. Die effektive Nutzung der Azokomplexfarbstoffe sowohl in Artikel 5 (farbig, jedoch transparent) als auch 6 (farbig, jedoch lichtundurchlässig) gewährleistet, dass ein Teil der Energie an der Oberfläche 7 absorbiert wird (jedoch nicht ausreichend, um den Zusammenhalt der Oberfläche nachteilig zu beeinflussen), während die übrige Energie an der Oberfläche 8 absorbiert wird. Das Schweißen der Artikel erfolgt entlang der Oberfläche 8, obgleich beide Artikel eine identische Farbe haben.
Damit präpariert die kreative Nutzung der Metallazokomplexfarbstoffe hierin die transparenten farbigen Artikel für die Laserstrahlbehandlung und erreicht ein Verschweißen mit dem lichtundurchlässigen farbigen Artikel. Geeignete lichtundurchlässige Artikel und ihre Zusammensetzungen wurden beispielsweise in der DE-A-4 432 081 beschrieben.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele veranschaulicht.
Es wurde Polyamid 6 mit den nachfolgenden Farbmitteln in den in der Tabelle angegebenen Mengen gemischt.
Farbstoff A: Metallazokomplexfarbstoff als Salz vom 1:2-Typ mit der Formel (2)
Farbstoff B: Sumiplast Black H3B
Farbstoff C: Nigrosin
Farbstoff D: Kohleschwarz
Farbstoff E: Metallazokomplexfarbstoff als Salz vom 1:2-7yp mit der folgenden Formel (4)
Diese Farbmittel können mit dem Polyamid als unvermischte Farbstoffe oder als Masterbatch compoundiert werden, welches die Farbstoffe enthält.
Sämtliche Proben enthalten 30% Glasfiber, wobei der Rest jeder Zusammensetzung Polyamid war.
Die Mischungen wurden mit einem Extruder geschmolzen und geknetet, um Pellets zu erzeugen. Die pelletisierten Mischungen wurden zu Teststäben und -platten mit einer Spritzgussmaschine gegossen.
Die Eigenschaften wurden wie folgt gemessen:
Transmissionseiaenschaft
Der Transmissionsgrad der Proben mit einem Laserstrahl im Nahinfrarot mit einer Wellenlänge von 1.064 nm wurde mit den Spritzgussplatten (3,2 mm Dicke) unter Verwendung eines Spektrometers (NIRS-6500, hergestellt von Foss NIRS Systems) gemessen.
Wärmebeständigkeit
Die Wärmebeständigkeit der Proben (ASTM Typ I: 3,2 mm dick) wurde durch Altern dieser Proben in einem auf 150°C eingestellten Heißluftofen für 1.000 Stunden untersucht und das Aussehen ihrer Oberflächen visuell untersucht.
Zugfestigkeit und Dehnung
Die Zugfestigkeit und Dehnung wurden nach dem Standard ISO 527 gemessen.
Laserschweißtest
Die Testproben mit 60 mm × 18 mm × 1,5 mm wurden so angeordnet, dass jeweils 20 mm überlappt waren. Die überlappte Fläche wurde mit den Nd:YAG-Laser (Olion 510, 1.064 nm, Dauer-), eingestellt bei 4 W mit einem Durchmesser von 3 mm für 2 Sekunden bestrahlt. Das Schweißverhalten wurde beim Laserschweißen der Teststücke der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen mit einem lichtundurchlässigen Werkstück für einen Laserstrahl (unteres Teststück) gemessen, das aus der Vergleichszusammensetzung mit schwarzem Aussehen hergestellt war:

Polyamid 6 69,4 Gew.%

Glasfiber 30 Gew.%

Farbstoff C 0,5 Gew.%

Farbstoff D 0,1 Gew.%
Durch visuelle Untersuchung wurden hinsichtlich der Laserschweißbarkeit in jedem der Beispiele 1 bis Vergleichsbeispiel 4 zwei Harzteile bewertet, die für diese Laserstrahlen durchlässig bzw. undurchlässig waren und aus den in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung geformt waren.
TABELLE 1
Schwarze Harze mit dem Metallazokomplexsalz vom 1:2-Typ zeigten das gleiche schwarze Aussehen wie herkömmliche schwarze Harze mit Nigrosin oder Kohleschwarz, wie sie in der vorgenannten Vergleichszusammensetzung verwendet wurden, zeigten jedoch einen hohen Transmissionsgrad und eine Schweißbarkeit wie ein natürliches farbiges Harz. Darüber hinaus bewahrten schwarze Harze mit dem Metallazokomplexsalz vom 1:2-Typ ein gutes Aussehen nach der Alterung und Heißluftofen, was speziell bei Automobilteilen unter der Motorhaube erforderlich ist. Andere schwarze Harze wie in den Vergleichsbeispielen 2, 3 und 4 lieferten keine Schweißbarkeit.
BEISPIEL 4
Es wurden 400 g (nicht verstärkt) Nylon 6 ZYTEL-Pellets (verfügbar bei E. I. DuPont de Nemours and Co.) unter Vakuum bei 120°C für mehr als 8 Stunden getrocknet und anschließend mit einer Mischung von schwarzem Metallazokomplexfarbstoff A (dargestellt durch die Formel (2)) (0,67 g) mit gelbem Metallazokomplexfarbstoff E, dargestellt durch Formel (4) (0,13 g) in einen Taumelmischer aus rostfreiem Stahl unter Rühren für eine Stunde gemischt. Die Mischung wurde anschließend unter Verwendung von K50-C, hergestellt von Kawaguchi Steel K. K. bei einer Zylindertemperatur eingestellt auf 250°C im Spritzgussverfahren zu Spritzguss-Testproben geformt (deren Größe betrug 48 mm × 86 mm × 3 mm). Die Werkzeugtemperatur betrug 60°C. Es wurde ein einwandfreies und gleichförmiges schwarzes Aussehen mit einem Oberflächenglanz ohne Farbschattierung der Proben festgestellt.
BEISPIELE 5 BIS 11
Es wurden nicht verstärkte Nylon 6 ZYTEL-Pellets (verfügbar bei E. I. DuPont de Nemours and Company) unter Vakuum bei 120°C für mehr als 8 Stunden getrocknet und anschließend mit einer Mischung von schwarzem Metallazokomplexfarbstoff A (dargestellt durch Formel (2)) mit gelbem Metallazokomplexfarbstoff E (dargestellt durch Formel (4)) in den in Tabelle 2 angegebenen Mengen in einem Taumelmischer aus rostfreiem Stahl unter Rühren für eine Stunde gemischt. Anschließend wurde die Mischung im Spritzgussverfahren unter Verwendung von K50-C, hergestellt von der Kawaguchi Steel K. K., bei einer auf 250°C eingestellten Zylindertemperatur zu Spritzguss-Testproben geformt (deren Größe betrug 48 mm × 86 mm × 3 mm). Die Werkzeugtemperatur betrug 60°C. Es wurde ein einwandfreies und gleichförmiges schwarzes Aussehen mit Oberflächenglanz ohne Farbschattierung der Proben beobachtet. Die Transmissionseigenschaften, das Aussehen und der Oberflächenglanz wurden mit Hilfe der folgenden Testprozeduren gemessen:
(1) Transmissionseigenschaften
Der Transmissionsgrad (T) im Bereich von 400 nm bis 1.200 nm der Testplatten mit Laserstrahlen mit den Wellenlängen von 950 nm (Halbleiterlaser) bzw. 1.050 nm (YAG-Laser) wurde unter Verwendung eines U-3410-Spektrometers, hergestellt von Hitachi, mit einem 60 ϕ Kugelphotometer für eine Wellenlänge von Ultraviolett bis zum Nahinfrarot gemessen. Das Verhältnis (TA) von Transmission mit 950 nm:Transmission mit 1.050 nm und das Verhältnis (TB) der Transmission mit 1.050 nm: Transmission von natürlichem Harz wurde ermittelt und zwischen den Proben verglichen.
(2) Aussehen und Oberflächenglanz
Das Aussehen der Testplatten wurde durch Messen der Schwärzung bei Reflexion (OD) der Testplatten mit Hilfe eines Reflexionsdensitometers TR-927, hergestellt von Macbeth, bewertet. Die Testplatten, die größere OD-Werte hatten wurden als die mit einer besseren Oberflächenglätte und reicher im Glanz bewertet.
(3) Farbtondifferenz ΔE
Unter Verwendung eines Colorimeters (hergestellt von Juki, Warenzeichen: JP 7000) wurde ermittelt und gemessen: die Farbtondifferenz ΔE zwischen der Testplatte und der Vergleichsplatte, die mit Farbstoff angemischten Pellets geformt waren, hergestellt aus 5 kg Nylon 6 Zytel^® Pellets (verfügbar bei E. I. du Pont de Nemours and Company), getrocknet in einem an Feuchtigkeit befreiten Trocknungsapparat, der bei 80°C eingestellt war, und zwar für mehr als 4 Stunden und gemischt mit 5 g Kohleschwarz und 28 g Nigrosin-Farbstoff.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
TABELLE 2
Die Harzzusammensetzungen der Beispiele 4 und 6 bis 11 mit einer Mischung von schwarzem Metallazokomplexfarbstoff vom 1:2-7yp mit gelbem Metallazokomplexfarbstoff vom 1:2-Typ zeigten eine hohe Transmissionseigenschaft im Nahinfrarotbereich.
Die in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzungen lieferten, wenn überhaupt, eine nur geringe Farbtondifferenz beim Laserschweißen mit lichtundurchlässigen Artikeln, die aus Zusammensetzungen erzeugt waren, die Mischungen von Kohleschwarz und Nigrosinfarbstoffen aufwiesen. Somit ermöglichen die Zusammensetzungen dieser Beispiele, dass man zwei Artikel ohne Farbtondifferenz verschweißen kann und eine Laserschweißung der zwei Artikel mit einem weitgehend homogenen visuellen Eindruck erzielt.

Claims

Verwendung einer Zusammensetzung, aufweisend ein thermoplastisches Harz und einen 1:2-Metallkomplexazofarbstoff zum Laserschweißen, welche Zusammensetzung für das Nahinfrarotspektrum eines Laserstrahls transparent ist, der beim Laserschweißen angewendet wird.
Verwendung einer thermoplastischen Harzzusammensetzung zum Laserschweißen, welche Zusammensetzung für das Nahinfrarotspektrum eines Laserstrahls transparent ist, der beim Laserschweißen angewendet wird und welche aufweist: 1) mindestens ein thermoplastisches Harz und 2) ein schwarzes Farbmittel mit mindestens einem der Metallkomplexazofarbstoffe der folgenden Formeln: Formel (I):
worin R³⁹, R⁴¹, die gleich oder verschieden sein können, Cl sind,
oder SO₂R⁴³, R⁴⁴, R⁴⁵, die gleich oder verschieden sein können, sind unabhängig ein Wasserstoffatom, ein lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl, R⁴³ ist lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl, R⁴⁰, R⁴², die gleich oder verschieden sein können, sind Wasserstoff, eine lineare oder verzweigte C₁-C₁₈-Alkyl-Gruppe, eine lineare oder verzweigte C₂-C₁₈-Alkenyl-Gruppe, Sulfonamid-Gruppe, Carboxyl-Gruppe, Mesyl-Gruppe, Hydroxyl-Gruppe, C₁-C₁₈-Alkoxy-Gruppe, Acetylamino-Gruppe, Benzoylamino-Gruppe, ein Halogenatom oder -CONH-R⁴⁶, R⁴⁶ ist eine funktionelle Gruppe, die ausgewählt ist aus unsubstituiertem oder substituiertem linearem oder verzweigtem C₁-C₁₈-Alkyl oder einer unsubstituierten, substituierten C₆-C₁₈- Aryl-Gruppe, L₁ und L₂ sind unabhängig O oder COO, (E)⁺ sind H⁺, Kation eines Alkalimetalls, Ammonium-Ion, Kationen von organischem Amin, einschließend aliphatische primäre, sekundäre und ternäre Amine, quaternäres Ammonium-Ion, K³ ist eine ganze Zahl, m³ ist Null, 1 oder 2, M¹ ist ein Vertreter der Metalle, vorzugsweise Metalle mit Koordinationszahlen von 2 bis 4 und mehr bevorzugt dreiwertiges Metall, wie beispielsweise Cr, Fe, Cu; Formel (II):
worin R³⁰ und R³¹, die gleich oder verschieden sein können, Cl sind,
SO₂R³² oder H, R³³, R³⁴, die gleich oder verschieden sein können, sind unabhängig ein Wasserstoffatom, lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl, R³² ist lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl, L₃ und L₄ sind unabhängig O oder COO, (D)⁺ ist ein Wasserstoff Ion, ein Kation von Alkalimetallen, Ammonium-Ion, Kationen von organischem Amin, einschließend aliphatische primäre, sekundäre und ternäre Amine, quaternäres Ammonium-Ion, K² ist eine ganze Zahl, m² ist Null, 1 oder 2, M² steht für Metalle der Koordinationszahlen von 2 bis 4, wie beispielsweise Zn, Sr, Cr, Al, Ti, Fe, Zr, Ni, Co, Mn, B, Si und Sn, vorzugsweise ein Metall der Koordinationszahl 3, wie beispielsweise Cr, Co, Cu, Ni, Al, B ist dargestellt durch die Formel (III):
worin R³⁵ und R³⁷, die gleich oder verschieden sein können, Cl sind,
SO₂R³² oder H, R³³ und R³⁴, die gleich oder verschieden sein können, sind unabhängig ein Wasserstoffatom, lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl und R³⁶ und R³⁸, die gleich oder verschieden sein können, sind unabhängig ein Wasserstoffatom, lineares oder verzweigtes C₁-C₁₈-Alkyl, Carboxyl, Hydroxyl, C₁-C₁₈-Alkoxy, Amino oder Halogenatome.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der 1:2-Metallkomplexazofarbstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Formel (1)
worin R eine Restgruppe eines Kupplungsmittels ist, M ist ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metall und A ist Wasserstoff, aliphatisches Amin mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen oder Alkylenoxid-addiertes Amin; oder Formel (2)
Verwendung nach Anspruch 3, wobei der 1:2-Metallkomplexazofarbstoff ausgewählt ist aus Formel (2) oder Formel (3).
Verwendung nach Anspruch 2, wobei der 1:2-Metallkomplexazofarbstoff in einer Menge von 0,01% bis 1 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung vorliegt.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung ferner Glasfiber oder Glasflocken aufweist.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Harz ein Polyamidharz ist, ein Polyamid-Copolymer oder ein Blend von Polyamidharzen.
Verwendung nach Anspruch 2, wobei in der Formel (I), M¹ dreiwertiges Metall ist, wie beispielsweise Cr, Fe, Cu.
Verwendung nach Anspruch 2, wobei in der Formel (II), M² Zn, Sr, Cr, Al, Ti, Fe, Zr, Ni, Co, Mn, B, Si und Sn ist.
Verfahren zum Laserschweißen, umfassend die Schritte: a) Herstellen eines ersten Formartikels aus einer ersten thermoplastischen Harzzusammensetzung, aufweisend: ein thermoplastisches Harz und einen Farbstoff, welche Zusammensetzung für einen Nahinfrarot-Laserstrahl transparent ist; und eines zweiten Formartikels aus einer zweiten thermoplastischen Harzzusammensetzung, die für den Laserstrahl lichtundurchlässig ist, b) Inpositionbringen des ersten Formartikels und des zweiten Formartikels und diese miteinander in Kontakt bringen und c) Durchschicken eines vorbestimmten Energiebetrages des Laserstrahls, der auf den Kontaktbereich fokussiert ist, durch den ersten Artikel zu dem zweiten Artikel, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff ein 1:2-Metallazokomplex ist.
Formartikel, erhalten mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 10.